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附录A 译文
交通研究计划
第15卷，2016年，第319-330页
ISEHP 2016提高公路性能国际研讨会
双车道公路水平和垂直线形的运行影响
Ana Tsui Moreno1、Carlos Llorca2和Alfredo Garcia2
1德国慕尼黑工业大学土木、地质和环境工程系
2西班牙中央政治大学公路工程研究组ana.moreno@tum.de，carlloga@cam.upv.es，agracaig@tra.upv.es，邮箱：ana.moreno@tum.de，carlloga@cam.upv.es
摘要目前对双车道公路的HCM分析程序没有解决公路弯曲对交通性能的影响。考虑到运行速度与水平对齐之间的关系，公路弯曲可能会影响速度和排队; 因此理想的性能指标应该对公路几何变化敏感。利用TWOPAS研究了西班牙双车道公路的19个均匀段水平和垂直线路对其交通运行的影响。根据德国程序对齐进行分类：曲率变化率（CCR）和梯度等级。在绩效指标中，跟随者密度以更有意义的方式与交通和道路状况相关联。
关键词双车道公路，交通运营，微观仿真，几何设计，水平对齐，垂直对齐，ATS，PTSF，从动密度。
1 简介
西班牙标准（Ministerio de Fomento 1999）依靠美国公路通行能力手册（Transportation Research Board 2010）来分析服务水平（LOS）。对于双车道高速公路，LOS基于三种性能指标中的一种或多种，取决于公路分类：平均行驶速度（ATS）; （PTSF）花费的时间百分比; 和自由流动速度（PFFS）的百分比。这三项指标取决于一些几何和需求数据，例如不通过区域的百分比，基本设计速度，定向交通量或方向分割。水平比对的显着变化不包括在分析程序和均匀区段识别中。考虑到操作速度和设计元素之间的关系，一个段和行列的平均行进速度可能会受到更高曲线存在（更高弯曲度）的影响）。
在德国，交通性能以密度来评估，定义为定向交通量与乘用车平均行驶速度之间的比率。性能指标受水平和垂直对齐的影响（Forschungsgesellschaft fuuml;r Strassen und Verkehrswesen 2015）。通过曲率变化率（CCR）表征水平对准;定义为每单位距离水平方向的绝对角度变化。统一分段的边界考虑了累积CCR的显着变化。垂直对齐考虑了重型车辆在截面上可以获得的最小速度，并且它取决于沿着该区段的最严格的斜坡的长度和等级。分析中使用的重型载体的重量/功率比为0.138kg / W（228lb / HP）。对于每类水平对齐，垂直对齐和卡车百分比，使用交通微观模拟程序Landstraszlig;ensimulation（LASI）的模拟结果开发了速度 - 流量图（Weiser等人，2011）。理想的片段由虚拟的曲线和切线序列组成。虚拟曲线的半径是恒定的，等于德国几何设计指南（Forschungsgesellschaft fuuml;r Strassen und Verkehrswesen 2013）中定义的最小半径。因此，它可能不代表实际的双车道公路路线，作为具有不同半径和不同切线长度的一系列曲线。定向分析与平衡流量（定向分流50/50）一起使用。与美国HCM相反，未考虑定向分割和通过限制。从分析程序中删除了通过限制，因为通过对速度的影响被高估了（Weiser et al.2011）;通过限制通常是水平对齐的结果，已经在德国HCM上考虑过了。
莫雷诺等人（2015）分析了西班牙条件下水平排列与交通性能之间的关系。 在TWOPAS微观模拟程序中引入了8个西班牙均匀段的水平对齐，该程序先前已经过西班牙现场数据的校准和验证。 ATS受到CCR的高度影响，HCM分析程序高估了蜿蜒高速公路（CCR高于75 gon / km）的ATS高达20 km / h。 PTSF并未严重依赖CCR。 该研究不包括垂直对齐或方向分裂的影响。 在另一项研究中，通过限制并未对直线段中的ATS产生太大影响。
另一方面，双线高速公路最合适的性能指标仍有待讨论。 Luttinen等人 （2003）提出了一些理想的绩效指标应该出现的条件。理想情况下，它们应反映道路使用者对交通流量质量的看法;易于测量和估计;并以有意义的方式与交通和道路状况相关联。鉴于在现场测量PTSF的困难，一些作者开发了替代性能测量，如跟随密度（van As 2006）;百分比受阻（Al-Kaisy和Durbin 2008）;流动自由（Polus and Cohen 2009）;或者跟随者的数量与容量的比例（Penmetsa等，2015）。速度限制通常包含在分析过程中以确定先前的性能测量，但不被视为性能测量本身，因为它与所有流量保持一致。实地研究表明，追随者密度是最有希望的性能指标，因为它与交通变量具有最高的相关性（Al-Kaisy和Karjala 2008; Oregon Department of Transportation 2010; Hashim和Abdel-Wahed 2011; Moreno et al.2014）。
尽管跟随者密度被认为是双车道公路最有前景的性能指标，但尚未证实其与道路状况的相关性。 此外，考虑到操作速度和水平对齐之间的关系，高速公路弯曲可能会影响速度和排队。
因此，需要在实际（运行中）高速公路中评估水平和垂直对准对交通操作的影响。 该研究不应仅限于HCM绩效指标（ATS，PTSF），还应包括替代绩效指标。 此外，交通需求应考虑卡车的不平衡流量和百分比。 尽管跟随者密度被指示为双车道公路最有希望的性能指标，但结果可以提供关于哪种性能指标以更有意义的方式与交通和道路状况相关的指导，但尚未验证其与道路状况的相关性。 此外，考虑到操作速度和水平对齐之间的关系，高速公路弯曲可能会影响速度和排队。
2 目标
该研究的目的是使用西班牙实际（运营中）双车道公路的几何形状来评估交通性能，交通需求和公路路线之间的关系。 考虑了HCM绩效指标以及替代绩效指标。 考虑到与交通和道路状况的相关性，结果可以为哪条绩效指标更适合双车道公路提供指导。
该研究包括两个主要部分：（1）西班牙双车道公路样本的水平和垂直对齐特征; （2）使用TWOPAS微观模拟程序对均匀段进行操作分析。
该研究以前两项研究为基础。 第一项研究使用8个均匀片段的样本分析了水平对齐对ATS和PTSF的影响（Moreno等，2015）。 第二项研究校准并验证了针对西班牙条件的TWOPAS微观模拟程序（Moreno 2015; Moreno et al.2016）。 两个研究的摘要将在相应部分提供。
3 均匀段表征
西班牙9条双车道高速公路的样本从100公里/小时的速度限制中选出，其中包括25条双车道高速公路（Moreno等，2015）。 高速公路位于农村环境中，没有额外的通行或攀爬车道，并随机分布在整个西班牙。 对水平对准和垂直对准进行了表征。 从9条双车道公路的样本中确定了19个统一的区段。
3.1 水平对齐
第一步是根据弯曲度将双车道高速公路划分为均匀段。根据德国HCM（Forschungsgesellschaft fuuml;r Strassen und Verkehrswesen 2015），每个均匀段被分为四类水平对齐中的一类。表1总结了分类标准。
表1.取决于CCR的水平对齐类别
|
水平对齐类 |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
CCR（gon / km） |
0-50 |
50-100 |
100-150 |
＞150 |
统一的路段被确定为具有相似的累积CCR斜率或梯度的区段。 要计算累积CCR，应确定高速公路水平对齐（切线，曲线，螺旋）的元素。 使用了专门开发的软件程序（Camacho-Torregrosa等人，2014）。 它用作来自Google Earth的航拍图像的输入中心线道路坐标（x，y），并作为输出提供高速公路水平对齐的元素。 然后，使用等式1计算每个元素的曲率变化率（CCR）。
其中：
对9条双车道公路的分析导致了19个均匀段（38个方向均匀段）。 水平对准特性总结在表4中。
3.2 垂直对齐
类似地，垂直对齐使用德国HCM（Forschungsgesellschaft fuuml;r Strassenund Verkehrswesen 2015）的标准进行分类。 梯度等级取决于参考卡车由于升级而在该部分上可以获得的最小速度。 表2总结了分类标准。
|
渐变类 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
参考卡车的最低速度 （km / h） |
＞70 |
60-70 |
45-60 |
30-45 |
＜30 |
表2.梯度等级取决于参考卡车的最小速度
这个标准可以直接应用于我们的条件。 然而，西班牙和德国的卡车性能不同：在西班牙观测到的最具代表性的卡车的重量/功率比为0.116 kg / W（191 lb / HP）（Llorca等人，2014年），而0.138 kg / W（ 228磅/马克的德国HCM（Forschungsgesellschaftfuuml;rStrassenund Verkehrswesen 2015; Brilon and Weiser 2006）。 因此，西班牙卡车的新速度曲线是使用TWOPAS程序生成的，该程序之前根据西班牙条件校准，如第4.1节所述。
为了估计卡车在升级过程中的减速速度，定向交通流量设定为10辆/小时和100％的卡车，而相反的交通流量（降级）等于零。 升级长度在200到5,000米之间; 而等级在1％到6％之间变化（步长0.5％）。 对于每次升级，使用15个随机种子。 升级结束时卡车的速度计算，平均并与德国HCM的速度阈值进行比较。 表3总结了结果。 毫不奇怪，西班牙条件的等级比德国HCM更严格，因为西班牙代表卡车的重量/功率比低于德国。
表3.西班牙条件的梯度类别取决于升级长度和等级
|
升级长度（m） |
等级（%） |
||||
|
＜2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
＜300 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
＜450 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
|
＜600 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
|
＜750 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
|
＜1000 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
|
＜2000 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
|
＞2000 |
1 |
1 |
2 |
2 |
4 |
lt;
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